3M利貼便條紙發明者：Arthur Fry，頭上貼的正是他的傑作。（圖／3M網站）

感壓膠的發明比電燈還要早？！

感壓膠有文獻可考的歷史可以追溯到1845年的美國專利（US Pat. 3,965），比愛迪生發明電燈更早（US Pat. 223,898，1890年），兩位藥師（也有文獻說是外科醫生）William H. Shecut與Horace H. Day發現讓天然橡膠變黏的方法。這個專利一路轉賣及改進，最後落到Johnson & Johnson兩兄弟手中，成了今日的Band-AidTM，也就是習稱的「OK繃」。天然橡膠由於價格便宜，目前仍在使用，配方更簡化，但「感壓膠＝彈性體＋增黏劑」的配方架構未變。

感壓膠的基本配方包括：彈性體、增黏劑、抗氧化劑，可以說感壓膠＝黏著力經過調整的彈性體。因此感壓膠的主角是彈性體，也是按照彈性體的材質分類。早期的配方清一色是天然橡膠＋增黏劑，但因為天然橡膠分子含有雙鍵，容易變黃及脆化，其他人造彈性體陸續開發出來，如壓克力、苯乙烯橡膠、PU膠。較特殊者尚有矽膠、丁二烯橡膠等。

另一關鍵成分增黏劑是一種低分子量（300～3,000之間），玻璃轉移溫度（T_g）範圍攝氏0～160度的物質。增黏劑與感壓膠密不可分，由於發現了增黏劑才使感壓膠成為可能。

評斷感壓膠性能的3個基本項目是：初黏力（tack）、剪切強度（shear）、剝離力（peel）。依不同的用途，調整這3項物性是感壓膠配方技術的目的。調整配方的方法至今仍是半經驗─半理論的結合。

初黏力與剝離力常造成混淆，初黏力強調一接觸就立刻分開的「瞬間」黏著力，因此稱為「初」黏力。剝離力則是黏好，放置24小時後再撕開，時間長短差異造成兩者黏彈性的表現不同。蒼蠅觸及捕蠅紙的剎那一定會奮力擺動試圖掙脫，捕蠅紙這種「瞬間」的黏力是初黏力。相對地，膠帶雖然黏不住蒼蠅，卻可以固定比蒼蠅更重的東西！可見兩種黏力不同，膠帶的黏力是剝離力。

剪切強度也稱為保持力，強調長時間受力模式，例如黏在牆上的掛鉤長期掛著重物就需要保持力。由於保持力強調的是長時間受力，與前述初黏力及剝離力相較，保持力的時間最長，這個長時間（低頻）的特徵決定了其黏彈特性。

橡膠型感壓膠的現代配方（圖／Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol.13, 1988, p.349）

感壓膠的秘密——黏彈性理論

感壓膠是戴著面具的黏彈性理論。──佚名

為了與被貼物緊密接觸，貼的時候感壓膠最好如液體般可自由流動。但液體沒有強度，而撕開時又必須有像固體般的強度，能夠抵抗撕開的外力，因此感壓膠必須兼具液體與固體的特性，這類物質稱為「黏彈材料」。

黏彈材料的祕密在其分子有快慢兩種運動方式，使其兼具液體與固體的特性。化學鍵的長度與鍵角可因應外力作用快速改變（約10^－12秒），較慢的運動則須借助溫度。高溫使分子活潑易動，在外力作用下，能夠5～12個鏈段一起團體運動，快慢兩種運動何者占優勢取決於分子活潑的程度。而分子活潑的程度與分子結構、添加劑、溫度及外力的頻率都有關係。透過這些方式可以控制分子的快慢兩種運動性，使材料兼具液體與固體的特性，這也是開發感壓膠配方所用的方法。

溫度對分子運動有很大的影響，其中一個關鍵是上述「讓5～12個鏈段一起運動」的溫度，稱為「玻璃轉變溫度（T_g）」。在遠低於T_g的溫度時，團體運動凍結，僅化學鍵的長度與鍵角仍可快速變化，材料剛硬如玻璃，稱為玻璃態。溫度升高到T_g以上時，除了鍵長與鍵角的變化外，團體運動開始活躍，最顯著的改變是剛性降低100～1,000倍，成為柔軟的材料，稱為橡膠態。溫度繼續升高時，材料變成如液態般開始流動，這一系列的變化常記錄為「剛性（縱軸）vs.溫度（橫軸）」的圖譜。

動態流變分析儀可量測儲存模數（G′）、損耗模數（G″）及tanδ（＝G″∕G′）數值，是研究材料的黏彈特性最常用的儀器。G′愈大愈像固體，G″愈大則能量損失愈多。理想的感壓膠是「貼的時候像液體，撕開時又像固體」，感壓膠撕開時，由於拉長變形而損耗能量，損耗的能量多，剝離力也會跟著提高。因此理想感壓膠的G′值要低，G″值要高。

以球的彈跳解釋G′與G″。球可以回彈的高度和G′有關，稱為「儲存模數」。這裡的「儲存」是指暫時儲存起來，還可以再回收。而球無法彈回到原來高度意謂著過程中有能量損失，損失的高度和G″有關，因此稱為「損耗模數」。拿橡皮筋靠著嘴唇，兩手一拉一鬆，約20次之後，嘴唇會感覺溫溫的，原因是在拉鬆變形的過程中，橡皮筋分子間摩擦生熱，G″可視為「分子間的摩擦」所損耗的熱。

球的彈回高度與G′有關，損失的高度與G″有關。（圖／Introduction to Physical Polymer Science, L. H. Sperling, 1986）。

傳統的經驗法則

感壓膠的歷史雖然可以追溯到1845年，但業界一般認為「感壓膠科學」肇始於1966年。3M的研究人員Carl A. Dahlquist在那年提出一個經驗法則：感壓膠的G′須小於10⁵ Pa才有足夠的初黏力。經過50年的驗證，這規則已被普遍接受，稱為「Dahlquist 準則」。

除了實用之外，Dahlquist準則指出感壓膠與「黏彈性理論」之間的關聯，影響了往後的研究方向，感壓膠的標準語言從此變成「黏彈性理論」。在正確理論的指引下，感壓膠技術在短短1966～1986的20年間迅速達到巔峰。

Dahlquist準則成立的理由是感壓膠的初黏力來自分子間的短程作用力，這些作用力（偶極矩、氫鍵、凡得瓦爾力）都必須在如分子大小的距離（約0.5奈米）才能發揮作用，因此Dahlquist 準則可以說是發生「分子級接觸」的標準。

除了前述的Dahlquist準則外，玻璃轉變溫度必須在適當範圍。研究人員在1986年提出「感壓膠窗口」概念作為感壓膠的必備條件：儲存模數（G′）必須滿足Dahlquist準則，而且玻璃轉變溫度＋50約等於使用溫度。若彈性體素材的性質並不在「窗口」內，就需添加增黏劑或可塑劑使進入「窗口」內，「窗口」概念已經被普遍當作調整感壓膠配方的基本依據。

之前曾提過：「感壓膠＝黏著力經過調整的彈性體」，由於大多數彈性體的G′都高於Dahlquist準則（10⁵ Pa），添加增黏劑與可塑劑都可以調整感壓膠的黏著性，但兩者的效果不同。增黏劑可提高T_g及降低G′（兩種效應同時發生），而可塑劑只會降低G′。

由於發現了增黏劑才發展出感壓膠，物如其名，增黏劑是用來增加黏性的成分，增黏劑改變了彈性體的G′與T_g，因而產生增黏效果。

Carl A. Dahlquist提出一個經驗法則：感壓膠的G′須小於105 Pa才有足夠的初黏力。經過50年的驗證，這規則已被普遍接受，稱為「Dahlquist 準則」。（圖／3M網站）

剝離力與保持力

證明「Dahlquist準則」是初黏力的依據之後，研發人員企圖由黏彈特性預測剝離力。感壓膠撕開時，由於拉長變形而損耗能量。理論上，G″值大意謂著消耗的能量多，剝離力也會跟著提高。然而實際上，至今仍無法由G″值預測感壓膠的剝離力。目前對於剝離力的預測僅止於經驗公式，且只能針對個別的彈性體，適用於所有膠系的「普遍公式」尚未出現。

長期受力的感壓膠要求保持力，這可以用黏性掛勾與標籤的對比來說明。自黏標籤講究初黏力，但因為無荷重的需要，對保持力並不重視；反之，掛勾須承受吊掛的重量，因此要求較佳的保持力，對於初黏力反而不重視。

感壓膠的保持力只與彈性體的交聯及分子量有關，提升交聯度或分子量都會增加G′值，G′值愈高，保持力也愈大。然而，Dahlquist準則告訴我們，提高G′值會降低初黏力，這是感壓膠配方必須面對的取捨。

壓克力感壓膠球塗布後的示意圖（圖／Steven Corres et.al.,“Controlling peel adhesion via heterogeneous （microsphere） PSA systems. National Starch, 2001.）

最著名的感壓膠運用——便利貼！

可撕型感壓膠 可撕型是「貼了之後還要撕開」的意思，既然還要撕開就不能太黏，免得破壞貼覆材質的表面。換句話說，可撕型感壓膠是比較不黏的膠。降低剝離力常用的方法有兩種：提高G′值（例如故意違反Dahlquist準則）、減少接觸面積。

可撕型感壓膠最流行的產品就是利貼便條紙。3M的化學家Silver發明壓克力感壓膠球，而Merrill把壓克力膠球塗在紙上成為可撕的貼紙。只有大膠球形成接觸點減少了接觸面積，因而限制了剝離力。

雖然已經開發出利貼便條紙的技術，但是由於壓克力膠球的成本高，產品乏人問津。一直到了Arthur Fry捨棄壓克力膠球，改用噴塗法，利用塗膠量控制接觸面積，才使利貼便條紙成為價廉物美，廣受歡迎的成功商品（US Pat. 5,194,299∕1993）。

紅梅揚姿 華航在民國84年把尾翼的國旗改成梅花（取名「紅梅揚姿」，而且選在國慶日造勢，但由於時間倉促，來不及噴漆塗裝，決定用黏貼的。帶著新的梅花標誌10月7日首飛洛杉磯，沒想到飛機在洛杉磯降落之後，尾翼的梅花竟然不翼而飛─不見了！

華航可說是Dahlquist準則的受害者！波音747的巡航高度約35,000英尺（10,000公尺），這個高度的溫度在零下30～40度，低溫使G′值升高而失去黏性。目前梅花已改用噴漆，不會脫落了。